(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に配置され、自身が検出した温度に対応する出力信号を提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）共振器構造と
を備え、
前記ＭＥＭＳ共振器構造は、少なくとも１つの銅共振器を有する装置。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳ共振器構造から前記出力信号を受信し、前記ＭＥＭＳ共振器構造が検出した前記温度を判定するべく前記出力信号を分析する回路をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳ共振器構造からの前記出力信号は、前記ＭＥＭＳ共振器構造が自身の固有周波数の１つで振動したときのキャパシタンスの変化に対応する電流を含み、前記キャパシタンスの変化による前記電流の周波数の変化は、温度の変化に対応する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
一端にコンタクトを持つ複数の導体を有する、前記フレキシブル基板の延長部をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
プリント配線基板に配置され、前記コンタクトを受容するコネクターをさらに備える請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コネクターは、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）コネクターを含む請求項５に記載の装置。
【請求項７】
本体部および延長部を有するフレキシブル基板と、
一端にコンタクトを持ち、前記延長部に配置された複数の導体と、
前記フレキシブル基板の前記本体部に配置され、自身が検出した温度に対応する出力信号を前記導体の１つ以上を介して提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）共振器構造と、
プリント配線基板に配置され、前記コンタクトを受け止めるコネクターと
前記コネクターに接続され、前記ＭＥＭＳ共振器構造から前記出力信号を受信し、前記ＭＥＭＳ共振器構造が検出した前記温度を判定するべく前記出力信号を分析する回路と
を備え、前記ＭＥＭＳ共振器構造は、少なくとも１つの銅共振器を含むシステム。
【請求項８】
前記ＭＥＭＳ共振器構造からの前記出力信号は、前記ＭＥＭＳ共振器構造の固有周波数が前記ＭＥＭＳ共振器構造の温度により変化するに従い変化する周波数を有する電流を含み、前記ＭＥＭＳ共振器構造に印加される電圧は、出力電流の振幅を比例して変化させる請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
発振器回路は、前記ＭＥＭＳ共振器構造から発生される前記出力電流の周波数に等しい周波数を有するデジタル出力信号を発生する請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コネクターは、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）コネクターを含む請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
フレキシブル基板、前記フレキシブル基板の延長部に配置され、一端にコンタクトを有する複数の導体、および前記フレキシブル基板の本体部に配置され、自身が検出した温度に対応する出力信号を前記導体の１つ以上を介して提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）共振器構造をそれぞれが有する複数の熱センサーと、
プリント配線基板に配置され、前記複数の熱センサーの１つからの前記コンタクトを受容する複数のコネクターと、
前記複数のコネクターに接続され、前記複数の熱センサーからの信号をモニターし、熱的条件データを算出し、前記熱的条件データをメモリに格納する熱管理回路と
を備え、前記ＭＥＭＳ共振器構造は、銅共振器構造を含む熱管理システム。
【請求項１２】
前記ＭＥＭＳ共振器構造からの前記出力信号は、前記ＭＥＭＳ共振器構造の固有周波数が前記ＭＥＭＳ共振器構造の温度により変化するに従い変化する周波数を有する電流を含み、前記ＭＥＭＳ共振器構造に印加される電圧は、出力電流の振幅を比例して変化させる請求項１１に記載の熱管理システム。
【請求項１３】
発振器回路は、前記ＭＥＭＳ共振器構造から発生される前記出力電流の周波数に等しい周波数を有するデジタル出力信号を発生する請求項１２に記載の熱管理システム。
【請求項１４】
前記複数のコネクターは、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）コネクターを含む請求項１２に記載の熱管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、熱センサーに関する。特に、本発明の実施形態は、電子コンポーネントおよび電子システム内のフレキシブル基板上の微小電気機械（ＭＥＭＳ）熱センサーの設計、製造、および使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、プラットフォーム（たとえば、コンピューターシステム、携帯電話等のハンドヘルド装置、移動体インターネット装置等）の温度は、熱ダイオードまたはサーミスターを使用してモニターされている。熱ダイオードは温度変化に対応する接合電圧変化を生じ、サーミスターの抵抗は温度により変化する。ダイオードからの出力電圧またはサーミスターを通過した出力電圧は、デジタル化され温度に変換される。
【０００３】
熱検知のためのこの方法では、コスト、パッケージ剛性等が制限要因となって使用されるセンサーの数が制限され得る。この方法には、精度が低い問題もあり、さらに、信号をデジタル化するアナログ−デジタル変換機も必要である。アナログ−デジタル変換機が必要であることで、ホストプラットフォームのコストおよび複雑性が増大する。
【０００４】
さらに、ダイオードは固体シリコン基板上に製造され、プリント配線基板に、またはプラットフォーム筐体内の機械的支持および電気配線（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｔｒａｃｅｓ）が利用可能な非常に特定的な位置におけるプリント配線基板状用途もしくは配置に、これらセンサーを展開するのを制限する機械的に剛性のパッケージにパッケージされる。これにより、設計の選択性が制限され、さらに、システムの複雑性が増大する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明の実施形態は、同様の参照番号によって同様の要素を表す添付の図面において、限定としてではなく例示として示される。
【図１】熱センサーを有する電子システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】熱センサーとして用いてよい共振器の一実施形態の物理的表示である。
【図３】熱センサーとして用いてよい共振器の一実施形態の回路図表示である。
【図４】コネクターに接続できるコンタクトを有する熱センサーの物理的表示である。
【図５Ａ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｂ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｃ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｄ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｅ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｆ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｇ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｈ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｉ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｊ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｋ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｌ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【図５Ｍ】熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の一実施形態の多様な段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の記載では、数多くの特定的詳細事項が記載される。しかし、本発明の実施形態は、これらの特定的詳細事項がなくても実施しうる。別の例では、記載の理解を曖昧にしないようにするべく、周知の回路、構造、および技術は詳細に示さなかった。
【０００７】
高度なシステム性能をサポートするべく高度な熱検知を用いることが考えられる。しかし、広く受け入れられるには、高度な熱検知のコストが許容範囲になければならない。本明細書に記載されるのは、高度な熱検知用途をサポートすることができる廉価で精度の良い熱検知ソリューションを提供する共振器構造である。
【０００８】
一実施形態では、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）共振器によってプラットフォームの温度をモニターする。シリコン上にでなく比較的に低コストのフレキシブルポリマー基板上に共振器を製造することにより、センサーの配置に関して機械的柔軟性および設計柔軟性が得られる。たとえば、共振器と協働して発振器を形成する正帰還増幅器および発振器の周波数をカウントするカウンター等のセンサー読み出し・制御回路は、所望であればシリコン上に形成することができる。
【０００９】
一実施形態では、フレキシブルポリマー基板に銅共振器構造をパターンニングするときの銅蒸着温度が低い利点を活かした熱センサーを用いてよい。ポリマーフレキシブル基板を使用することによって、プラットフォームの任意の箇所に機械的かつ電気的に接続することができる非常にフレキシブルなパッケージが実現され、配置の柔軟性が与えられる。センサーは、プリント配線基板に配線および/またはコネクター（たとえば、ＺＩＦコネクター）を介して結合してよく、これにより、プラットフォーム内のどこにでもセンサーを配置することができるようになる。
【００１０】
さらに、銅を共振器構造の材料として使用することにより、共振器周波数の温度に対する熱依存性が増し、センサーの全体的な精度が向上する。一実施形態では、発振器を設けるべく、シリコン上に形成することができるトランスインピーダンス増幅器に対して正帰還トポロジーとなるように共振器を接続してよい。発振器の出力は、共振器温度に依存する周波数を有する信号であり、周波数は、同じくシリコン上に実装することができる簡易なカウンター回路によりカウントされる。
【００１１】
図１は、熱センサーを有する電子システムの一実施形態のブロック図である。図１に示す電子システムは、たとえば、デスクトップコンピューターシステム、ラップトップコンピューターシステム、携帯電話、セルラー対応ＰＤＡを含む携帯情報端末（ＰＤＡ）、セットトップボックス等の幅広い電子システム（有線、無線に拘らず）を表すことを意図されている。別の電子システムは、より多い、より少ない、および/または、異なるコンポーネントを含んでよい。
【００１２】
電子システム１００は、共振器構造および/または熱ダイオードを含む任意の数の熱センサーを備えてよい。図１の例は３つの熱センサー（１９０、１９２、および１９４）を含むが、任意の数の熱センサーをサポートすることができる。熱センサーは、電子システム１００の多様なコンポーネントおよび/または領域の温度をモニターするべく使用してよい。
【００１３】
電子システム１００は、情報をやり取りするためのバス１０５もしくはその他の通信装置と、バス１０５に接続され、情報を処理するプロセッサー１１０とを備える。電子システム１００は、単一のプロセッサーだけで図示されているが、電子システム１００は、多数のプロセッサーおよび/またはコプロセッサーを備えてよい。電子システム１００は、バス１０５に接続され、情報およびプロセッサー１１０により実行してよい命令を記憶する（メモリ１２０に含まれる）ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）もしくはその他の動的記憶装置をさらに備えてよい。メモリ１２０は、プロセッサー１１０により命令が実行されている間、一時的な変数もしくはその他の中間的情報を記憶するべく用いてよい。メモリ１２０は、静的情報およびプロセッサー１１０に対する命令を記憶してよい読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）および/またはその他の静的記憶装置を備えてもよい。
【００１４】
電子システム１００は、熱モニタリングおよび/または冷却機能を提供する熱管理システム１３０を備えてよい。熱管理システム１３０は、１つ以上の送風機および/または電子システム１００の多様なコンポーネントを冷却するための１つ以上の液体冷却メカニズムを有してよい。さらに、熱管理システム１３０は、電子システム１００の多様なコンポーネントおよび領域の温度をモニターするためのモニタリング回路を有してよい。データ格納装置１４０は、情報および命令を格納するべくバス１０５に接続されてよい。磁気ディスクもしくは光ディスク等のデータ格納装置１４０、および対応するドライブは、電子システム１００に接続されてよい。
【００１５】
電子システム１００は、陰極線管（ＣＲＴ）または液表ディスプレイ（ＬＣＤ）等のユーザーに情報を表示するディスプレイ装置１５０にバス１０５を介して接続されてもよい。プロセッサー１１０に情報とコマンドの選択とを伝えるべく、英数字キーおよびその他のキーを有する英数字入力装置１６０がバス１０５に接続されてよい。別の種類のユーザー入力装置として、プロセッサー１１０に方向情報とコマンドの選択とを伝え、かつディスプレイ１５０上でカーソルの動きを制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キー等のカーソル制御１７０がある。
【００１６】
電子システム１００は、ローカルエリアネットワーク等のネットワークへのアクセスを提供するネットワークインターフェース１８０をさらに備えてよい。ネットワークインターフェース１８０は、たとえば、１つ以上のアンテナであってよいアンテナ１８５を含む無線ネットワークインターフェースを有してよい。ネットワークインターフェース１８０は、たとえば、イーサネット（登録商標）ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、シリアルケーブル、またはパラレルケーブル等であってよいネットワークケーブル１８７を介して遠隔装置と通信するための有線ネットワークインターフェースをさらに有してよい。
【００１７】
一実施形態では、ネットワークインターフェース１８０は、たとえばＩＥＥＥ８０２．１１ｂおよび/またはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格に準拠してローカルエリアネットワークへのアクセスを提供してよく、および/または無線ネットワークインターフェースは、たとえばブルートゥース規格に準拠してパーソナルエリアネットワークへのアクセスを提供してよい。その他の無線ネットワークインターフェースおよび/またはプロトコルをサポートすることもできる。
【００１８】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、１９９９年９月１６日に承認されたＩＥＥＥ規格８０２．１１ｂ−１９９９（タイトル「ローカルエリアネットワークおよびメトロポリタンエリアネットワーク、パート１１：無線ＬＡＮ媒体アクセス制御（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）仕様：２．４ＧＨｚ帯域での高速物理層拡張」）および関連文書に対応する。ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、２００３年６月２７日に承認されたＩＥＥＥ規格８０２．１１ｇ−２００３（タイトル「ローカルエリアネットワークおよびメトロポリタンエリアネットワーク、パート１１：無線ＬＡＮ媒体アクセス制御（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）仕様、修正４：２．４ＧＨｚ帯域でのさらに高速の拡張」）および関連文書に対応する。ブルートゥースプロトコルは、２００１年２月２２日にブルートゥース・スペシャル・インタレスト・グループ・インクにより出版された「ブルートゥースシステムの規格：コア、１．１版」に記載されている。ブルートゥース規格の関連版、および前回版もしくは後継版をサポートしてもよい。
【００１９】
無線ＬＡＮ規格による通信に加え、もしくはそのかわりに、ネットワークインターフェース１８０は、たとえば、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）プロトコル、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ（ＧＳＭ（登録商標））プロトコル、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）プロトコル、および/または任意のその他の種類の無線通信プロトコルを使用して無線通信を提供してよい。
【００２０】
図２は、熱センサーとして使用してよい共振器の一実施形態の物理的表示である。図２の例は、固定−固定梁ＭＥＭＳ共振器（ｃｌａｍｐｅｄ−ｃｌａｍｐｅｄ  ｂｅａｍ  ＭＥＭＳ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の例である。共振器の周波数は、
0005469255.tif 000002
のように記載され得る。
ここで、ｋｅｆｆは共振器材料の有効剛性であり、ｍｅｆｆは共振器材料の有効質量であり、Ｅはヤング率であり、ρは共振器材料の密度である。したがって、キャパシタンスＣ（ｔ）が共振器構造のたわみにより変化するに従い、共振器構造に印加される電圧Ｖｉｎ（ｔ）によって出力電流Ｉ０（ｔ）にそれに比例する変化が生じる。
【００２１】
図３は、熱センサーとして使用してよい共振器の一実施形態の回路図表示である。図３の回路図は、共振器構造の可変キャパシタンスを、出力電流が以下のように記載されうる可変キャパシターとしてモデル化している。
0005469255.tif 000003
【００２２】
図４は、コネクターに接続することができるコンタクトを有する熱センサーの物理的表示である。センサー４００は、上記したような銅共振器構造を有するＭＥＭＳ共振器である。フレキシブル基板４１０は、センサー４００を保持するのに適切な任意の大きさでよい。一実施形態では、フレキシブル基板４１０は、ホストシステムのコンポーネント、たとえば、システム筐体（不図示）に、フレキシブル基板４１０を取り付けるための接着剤用の領域を含む大きさである。
【００２３】
一実施形態では、１つ以上のリード４２０がセンサー４００からコンタクト４３０に延伸している。一実施形態では、リード４２０はフレキシブル基板４１０上に製造される。リード４２０およびコンタクト４３０により、センサー４００の配置を、マザーボードもしくはコネクター、および熱管理システムの計算機能から独立させることができる。
【００２４】
一実施形態では、コネクター４４０は、ホストシステムのマザーボードに位置付けられる。コネクター４４０は、たとえば、コンタクト４３０を介して電気的接続を提供するゼロ挿入力（ＺＩＦ）コネクターであってよい。コネクター４４０は、プリント配線基板上の配線（ｔｒａｃｅｓ）または物理的な配線を介してホストシステムのその他のコンポーネントに接続されてよい。
【００２５】
図５Ａから５Ｍは、熱センサーとして用いてよいＭＥＭＳ銅共振器構造をフレキシブル基板上に製造するための方法の、一実施形態における多様な段階を示す。図５Ａは、ＭＥＭＳ銅共振器構造を製造する材料の初期段階を示す。シリコンキャリアウェハ６００は、ポリマー層６１０が上部に堆積されたフォトレジスト６０５を載置されている。一実施形態では、ポリマー層６１０は、スピンオンレジストポリマー（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｒｅｓｉｓｔ  ｐｏｌｙｍｅｒ）またはピラリン（ｐｙｒａｌｉｎｅ）である。層間誘電体（ＩＬＤ）６１５、入力電極６２５、および出力電極６３０がポリマー６１０上に形成されている。エッチングストッパー６２０が塗布されている。図５Ｂは、エッチングストッパー６２０上に別のＩＬＤ６３５層を示す。
【００２６】
図５Ｃは、フォトレジスト６４０を堆積し、ＩＬＤ６３５にビア６４５をエッチングした後のＩＬＤ６３５を示す。図５Ｄは、犠牲光吸収性材料（ＳＬＡＭ）層６５０およびフォトレジスト６５５の堆積を示す。図５Ｅは、フォトレジスト６５５により規定されてエッチングされたトレンチを示す。図５Ｆは、フォトレジスト６５５およびＳＬＡＭ６５０を剥離した後の構造を示す。
【００２７】
図５Ｇは、ポリマー層６１０をエッチングした後の構造を示す。図５Ｈは、銅６６０を電気めっきして研磨した後の構造を示す。図５Ｉは、ＩＬＤ層６６５の堆積を示す。図５Ｊは、ビア６７０のパターニングとトレンチングとを示す。図５Ｋは、ＩＬＤをエッチングした後の構造を示す。図５Ｌは、ＩＬＤまたはパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）６７５を堆積することによるエッチング孔の封止を示す。図５Ｍは、キャリアウェハを剥離した後の構造を示す。次に、得られた構造を、上記のようにフレキシブル基板上に載置する。
【００２８】
明細書において「一実施形態」もしくは「ある実施形態」と言及する箇所は、当該実施形態に関連して記載された特定の特性、構造、または特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。明細書の様々な箇所において「一実施形態」という文言が出現している箇所は、必ずしも全てが同じ実施形態を表しているのではない。
【００２９】
本発明はいくつかの実施形態の観点から記載されたが、当業者であれば、本発明は記載された実施形態に限定されず、添付された特許請求項の趣旨および範囲内で変更および改変を行うことによっても実施することができることを認識するであろう。したがって、記載は、限定として出なく例示として見なされるべきである。
【図１】
0005469255.tif 000004
【図２】
0005469255.tif 000005
【図３】
0005469255.tif 000006
【図４】
0005469255.tif 000007
【図５Ａ】
0005469255.tif 000008
【図５Ｂ】
0005469255.tif 000009
【図５Ｃ】
0005469255.tif 000010
【図５Ｄ】
0005469255.tif 000011
【図５Ｅ】
0005469255.tif 000012
【図５Ｆ】
0005469255.tif 000013
【図５Ｇ】
0005469255.tif 000014
【図５Ｈ】
0005469255.tif 000015
【図５Ｉ】
0005469255.tif 000016
【図５Ｊ】
0005469255.tif 000017
【図５Ｋ】
0005469255.tif 000018
【図５Ｌ】
0005469255.tif 000019
【図５Ｍ】
0005469255.tif 000020